新型二维导电金属-有机框架TM3(HAT)2作为CO2还原有前景的电催化剂的理论研究

《The Journal of Physical Chemistry C》：Theoretical Study of Novel Two-Dimensional Conductive Metal–Organic Frameworks TM3(HAT)2 as Promising Electrocatalysts for CO2 Reduction

通过密度泛函理论计算系统研究了二维导电金属-有机框架（MOF）单层催化剂TM3(HAT)2的CO2电催化还原性能，发现催化活性与TM金属的d电子数密切相关，Co3(HAT)2和Ni3(HAT)2在甲烷和甲醇生成中表现优异且稳定性良好，同时有效抑制析氢副反应。

　　

寻找高效的二氧化碳（CO₂）还原反应（CO₂RR）电催化剂对于合成高价值的目标产品至关重要。在这项研究中，我们利用密度泛函理论（DFT）计算系统地研究了新型二维（2D）导电金属-有机框架（MOF）TM₃(HAT)₂单层的电催化性能。这些单层的CO₂RR催化活性与TM活性位点的d电子数密切相关。实验结果表明，Co₃(HAT)₂是最具潜力的CO₂RR催化剂，其计算得到的CH₄产物生成反应的极限电位（U_L）为-0.23 V；其次是Ni₃(HAT)₂，其生成CH₄和CH₃OH产物的极限电位均为-0.34 V。此外，热力学和电化学稳定性模拟表明，经过筛选的活性较高的Co₃(HAT)₂和Ni₃(HAT)₂也具有良好的稳定性。重要的是，这两种催化剂能够抑制竞争性的氢气释放反应，进一步证明了它们在CO₂RR反应中的高活性和选择性。这些研究结果不仅有助于寻找用于高价值燃料生产的高效CO₂RR电催化剂，还为探索基于2D导电MOFs的电化学应用提供了新的思路。